流程設備的安全保護方法

文/Rainer Semmler, Christian Eberle

用適用性驗證來取代失效概率，學會正確選擇流程設備的安全保護方法——以蝶閥、泄壓閥和防爆盤為例，必須用不同于電子安全保護裝置的方法，來考察機械保護裝置的安全性能。

電子系統（E/E/PE 電子/電氣/可編程電子安全相關系統）的失效概率可以用概率模型來確定。同時，也可以用時序確定分析法和功能性安全管理系統等方法，來避免保護電路設計中的系統性錯誤。而這些方法也越來越多地被用于純機械保護裝置的分析評判當中，但這是完全不可以的。因為機械保護裝置出現的故障不是偶然性的故障，而是系統性的失效。只有使用正確的評判方法才能得知故障失效的原因。

出現兩種分析評判方法混淆的原因之一就是機械技術和電子技術與自動化技術的進一步融合。例如在控制和過程控制技術領域中，閥類控制裝置的滑閥采用了電力驅動和數字化控制。這一發展趨勢也反應在監管層面中，例如在許多當前的技術標準中都提高了使用靈活性的門檻，這就常常會導致一些誤解。因為在IEC 61508-1 和IEC 61511-1標準中包含了允許使用概率的計算公司，這就導致了可以在E/E/PE 電子/ 電氣/ 可編程電子安全相關系統之外使用概率計算方法的誤解，但這種概率技術方法不能用于計算機械裝備的失效概率。對保護各個單獨的元器件或者子系統中出現的故障時，應在選擇合適的故障分析模型之前，首先考慮發生的故障類型。電子/ 電氣/ 可編程電子安全相關系統的元器件故障是隨機的偶然性故障，概率模型是適用的。但是機械元器件和機械系統出現的故障則屬于系統故障，必須使用時序分析的方法。

在第一種情況下，我們首先必須搞清楚在規定的時間內出現故障的概率有多大。這涉及到零部件內在開關切換過程中的錯誤，這是不可預測且不可再現的。而機械元器件的失效情況則相反，它們是系統錯誤導致的故障，而且有著可以追溯的原因和結果。

機械式安全保護裝置的評估分析完全不同于電氣裝置

安全是可以計算的

專家可以預測何時以及在什么情況下閥的密封面會粘連，或者入口處的管道因沉積物而堵塞，或者是在合適的維護保養周期情況下，評估閥的零部件能否安全可靠地運行更長的時間。這就意味著，每一種機械裝置都必須在合適的環境中使用。這就涉及到機械裝置的材料選擇，因此，只有通過適用性驗證才能避免出現系統性錯誤。而適用性驗證應排除可能出現的失效、錯誤，例如由于腐蝕、材料疲勞引起的機械故障，或者由于粘附、堵塞帶來的問題。為此，我們就需要在相同的條件下進行型式試驗、單項試驗或者長時間的使用運行檢驗。功能性安全管理還有助于避免機械零部件出現系統性錯誤。

為了減少化工技術和流程工藝技術領域中安全保護裝置的失效風險，就必須保證它們有著可靠的性能。概率計算的方法不適合“計算”機械式安全保護裝置的失效概率，也不屬于半定量性安全分析應該考慮的問題。因此，流程設備的規劃設計師、工程設計師和運營商應徹底地檢驗、核實與安全相關的分析評估和計算的方法，并根據當前有效的法律法規定期進行適用性驗證。除了機械式安全保護裝置各零部件的堅固性和適用性以外，還必須考慮它們的安全壽命周期、質量保證和維護保養。以上這些都應納入功能安全管理系統之中，這樣才能在不同的隨機情況下避免系統性錯誤。

設備運行時的安全保護級別示意圖

從過程到監控和安全保護裝置直至應急管理計劃，保障企業各個層次的安全